Приветствую всех любителей металлопоиска. Сейчас мы с вами поговорим о важном понятий, которым является минерализация почвы. Наверно новички уже сталкивались с этим понятием и кто то для себя не смог ответить на вопрос "Что же такое степень минерализаций?", "Что такое минерализаций?", "На что она влияет?", "как с ней бороться?" и тд. Вот сейчас мы попробуем ответить на эти достаточно простые вопросы и дать советы которые помогут вам при выборе металлоискателя и в дальнейшем при работе с ними. И так, минерализация - это наличие в почве электропроводящих примесей или магнитных примесей или магнитных примесей. Степень минерализаций может быть различной, например в одном месте степень минерализаций будет минимальной, то есть присутствие тех элементов о которых я сказал будет минимальной. В другом месте наоборот количество таких примесей будет большим. Что же ожидает поисковика в том или другом случае, там, где степень минерализаций будет минимальной искать будет легче всего. Многие металлоискатели не имею в своем комплексе настроек возможности балансировки детектора по грунту. Балансировка металлоискателей нужна что бы преодолевать существующую минерализацию и создавать условия для наиболее глубокого поиска. Там, где степень минерализаций мала Вы будете вести поиск на максимальной глубине, там, где степень минерализаций высока Вы будете терять в глубине обнаружения. Но те металлоискатели которые обладают балансировкой грунта, ручной или автоматической будут иметь преимущество перед теми металлоискателями которые таковой настройкой не обладают. Степень минерализаций может различаться регионально, то есть допустим в Подмосковье преимущественно низкая и близкая к средней степени минерализаций. Но если Вы уедете в другое место Вы можете столкнуться с тем что степень минерализаций достаточно высока. Поэтому выбирая свой обратите внимание на то обладает он возможностью балансировки по грунту и если можно уточните информацию о степени минерализаций в вашем регионе. Это очень поможет вам в дальнейшем каких-то проблем. Соответственно когда Вы выходите на поиск с металлоискателем, Вы обязаны настроиться на грунт, то есть отстроить металлоискатель. Если металлоискатель не обладает балансировкой грунта, то вам придется пожертвовать его чувствительностью, Вы будете снижать уровень чувствительности соответственно будете терять несколько сантиметров в глубине обнаружения. Если металлоискатель может настроиться на грунт в автоматическом или ручном режиме, то Вы балансируете его по текущему грунту и получаете предельно возможные на данном грунте значения глубины обнаружения. Вот что такое минерализация и те способы которые можно применить для борьбы с нею. Я желаю Вам удачи. Выбирая металлоискатель обязательно обращайте внимание на имеет ли он возможность балансировки по грунту или не имеет таковой. И получите по возможности информацию о степени минерализаций в тех местах и регионах где Вы собираетесь искать. Удачи. Встретимся.
Совокупность процессов трансформации органических веществ в почвах составляют процесс гумусообразования, который определяет формирование и эволюцию гумусового профиля почв. К процессам трансформации органических веществ относят: поступление в почву растительных остатков, их разложение, минерализацию и гумификацию, минерализацию гумусовых веществ, взаимодействие органических веществ с минеральной частью почвы, миграцию и аккумуляцию органических и органо-минеральных соединений.
Любые органические остатки, попадающие в почву или находящиеся на ее поверхности, разлагаются под воздействием микроорганизмов и почвенной фауны, для которых они служат строительным и энергетическим материалом. Процесс разложения органических остатков слагается из двух звеньев – минерализации и гумификации.
Минерализация – распад органических остатков до конечных продуктов – воды, диоксида углерода и простых солей. В результате минерализации происходит сравнительно быстрый переход различных элементов (азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий, железо и др.), закрепленных в органических остатках, в минеральные формы и потребление их живыми организмами следующих поколений.
Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в гумусовые кислоты почвы. Итог гумификации – закрепление органического вещества в почве в форме новых продуктов, устойчивых к микробиологическому разложению, служащих аккумуляторами огромных запасов энергии и элементов питания.
Факторы минерализации
Наиболее интенсивно распад органических остатков до конечных продуктов идет при оптимальной влажности почвы (60…80% от полной влагоемкости) и температуре (20-250С). При увеличении влажности и температуры или их снижении уменьшается скорость разложения остатков. При постоянном и резком недостатке влаги и высоких температурах в почву поступает мало растительных остатков, разложение их замедлено и осуществляется в виде процессов «тления». Темп разложения растительных остатков в значительной степени зависят от типа биогеоценоза и типа почвы.
Большое влияние на интенсивность разложения опада оказывает и химический состав растительных остатков. При высоком содержании в составе растительных остатков соединений, устойчивых к микробиологическому воздействию, они накапливаются на поверхности почвы в количествах, значительно превышающих масштабы ежегодного опада (почвы тундры и таежно-лесной зоны). По этой причине древесина, хвоя и другие компоненты растительного опада, содержащие много лигнина, смол, дубильных веществ, но мало азотистых белковых соединений, разлагаются медленно. Надземная масса трав, особенно бобовых, разлагается быстрее, а корневые остатки минерализуются с меньшей скоростью вследствие увеличения в них доли лигнино-целлюлозного компонента. Когда же растительные остатки обогащены белковыми соединениями, то их разложение протекает весьма интенсивно (почвы лесостепи).
Важно учитывать особенности климатических условий, которые определяют характер функционирования почвенной фауны и микроорганизмов.
Значительное влияние на скорость минерализации оказывают минералогический и гранулометрический составы почвы. При оптимальных условиях разложения в почвах тяжелого гранулометрического состава, богатых высокодисперсными глинистыми минералами, минерализационные процессы тормозятся. Это обусловлено высокими величинами свободной поверхности минералов, благодаря чему на них сорбируются промежуточные продукты разложения и новообразованные гумусовые вещества, что предохраняет их дальнейшей минерализации. В почвах с преобладанием первичных минералов, сорбция практически не выражена, поэтому процесс минерализации протекает очень активно. Это свойственно почвам легкого гранулометрического состава, в связи с чем они всегда содержат мало гумуса. В почвах с кислой реакцией среды процессы разложения остатков тормозятся вследствие угнетения бактериальной микрофлоры. При наличии в почве поливалентных металлов (железо, марганец, алюминий), образуются комплексные органо-минеральные соединения, устойчивые к действию микроорганизмов. Одновалентные катионы и щелочная реакция среды способствуют образованию подвижных водорастворимых органических соединений, что благоприятствует их последующей минерализации.
Таким образом, свойства почвы прямо или косвенно влияют на скорость разложения органических остатков. Прямое влияние выражается в степени развития процессов взаимодействия продуктов распада с компонентами почвы, косвенное – в регулировании интенсивности жизнедеятельности микроорганизмов и их состава.
Концепции гумусообразования
Если минерализация органических остатков изучена довольно подробно, то механизм гумификации остается до конца не ясным. К настоящему времени предложен ряд концепций образования гумусовых веществ, но все они носят гипотетический характер.
Конденсационная (полимеризационная) гипотеза.
Впервые она была выдвинута А.Г.Трусовым (1913). Большой вклад в развитие этой гипотезы внесла М.М.Кононова. Сущность процесса гумификации, с ее точки зрения, может быть охарактеризована следующими положениями:
Процесс гумификации растительных остатков сопровождается минерализацией входящих в них компонентов до диоксида углерода, воды, аммиака и других компонентов;
Все компоненты растительных тканей могут быть первоисточниками структурных единиц гумусовых кислот в форме продуктов распада, продуктов микробного метаболизма, распада и ресинтеза;
Ответственное звено процесса формирования гумусовых веществ – конденсация структурных единиц, которая происходит путем окисления фенолов ферментами типа фенолоксидаз и взаимодействие их с аминокислотами и пептидами;
Заключительное звено формирования системы гумусовых веществ – поликонденсация (полимеризация) представляет собой химический процесс.
Гипотеза биохимического окисления
С принципиально иных позиций рассматривал процесс гумусообразования И.В.Тюрин. Он считал, что основная черта гумификации – реакции медленного биохимического окисления различных высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строение. Это положение получило дальнейшее развитие в трудах Л.Н.Александровой.
По Л.Н.Александровой, гумификация – сложный биофизико-химический процесс трансформации промежуточных высокомолекулярных продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений – гумусовые кислоты.
Гумификация представляет собой очень длительный процесс и состоит из 3 этапов:
Новообразование гумусовых кислот (биохимическое окислительное кислотообразование), т.е. формирование системы гумусовых кислот осуществляется при непосредственном участии оксидаз микроорганизмов. На этом же этапе начинается фракционирование системы образующихся гумусовых веществ на гуминовые и фульвокислоты. Взаимодействуя с минеральными компонентами почвы и зольными элементами, высвобождающимися из растительных остатков, возникшая система гумусовых веществ распадается на группы. Менее подвижная часть формируется как группа гуминовых кислот, а более дисперсные фракции, образующие растворимые соли, составляют группу фульвокислот.
На втором этапе происходит дальнейшая трансформация новообразованных кислот. В гуминовых кислотах постепенно возрастает степень ароматизации за счет частичного разрушения алифатических компонентов и внутримолекулярных группировок. Важная черта этой стадии – гидролитическая и окислительная направленность.
На третьем этапе происходит постепенная минерализация гумусовых веществ, осуществляющаяся при участии многообразной системы экзоферментов микроорганизмов. Основные реакции этого этапа – гидролиз и оксиредукция, в результате которых происходит гидролитическое расщепление молекул гумусовых соединений, разрушение гетероциклических и ароматических группировок и в конечном итоге полное окисление продуктов распада до аммиака, воды, диоксида углерода. Фрагменты молекул гумусовых веществ ароматической природы не подвергаются полной минерализации, а, взаимодействуя с новообразованными соединениями, повторно включаются в процесс гумификации.
Матричная достройка или фрагментарное обновление гумусовых веществ
Теория фрагментарного обновления А.Д.Фокина основана на том, что продукты разложения органических веществ могут не формировать целиком новую гумусовую молекулу, а включаться путем конденсации сначала в периферические фрагменты уже сформированных молекул, а затем в циклические структуры. Таким образом, атомный и фрагментарный состав почвенного гумуса постоянно обновляется за счет новых поступлений органического материала. При этом периферические фрагменты обновляются в несколько раз быстрее, чем ядерные. Продукты разложения органического вещества практически одновременно включаются во все фракции почвенного гумуса, причем в количествах, приблизительно пропорциональных содержанию этой фракции.
Пункт 16 Правил лесовосстановления указывает:
Содействие естественному лесовосстановлению путем минерализации почвы проводится на площадях, где имеются источники семян ценных древесных пород лесных насаждений (примыкающие лесные насаждения, отдельные семенные деревья или их группы, куртины, полосы, под пологом поступающих в рубку лесных насаждений с полнотой не более 0,6).
Минерализация почвы должна проводиться в годы удовлетворительного и обильного урожая семян лесных насаждений. Наилучший срок проведения минерализации поверхности почвы ‑ до начала опадения семян лесных древесных растений.
Работы осуществляются путем обработки почвы механическими, химическими или огневыми средствами в зависимости от механического состава и влажности почвы, густоты и высоты травянистого покрова, мощности лесной подстилки, степени минерализации поверхности почвы, количества семенных деревьев и других условий участка.
На вырубках и в насаждениях, где намечают минерализацию почвы, для оценки эффективности этих мероприятий закладывают постоянные пробные площади величиной 0,5‑1,0 га. Число их устанавливают в зависимости от размеров участков, но не менее: на площадях величиной до 10 га - одна; от 10 до 25 ‑ две; свыше 25 га ‑ три. Пробные площади разбивают на две части: одну оставляют для контроля, другую ‑ для проведения таких мероприятий, как и на всем участке. На каждой части пробной площади учитывают подрост и самосев всех пород.
Перечет самосева и подроста в возрасте от двух лет и старше проводят на учетных площадках размером 2x2 м, закладываемых рядами, через одинаковое расстояние. Число рядов (ходов) должно составлять не менее трех на каждой пробной площади. Общее количество площадок ‑ не менее 25 штук.
Данные учета заносят в учетные карточки, которые служат основанием для заполнения ведомости участков, назначенных для содействия естественному возобновлению, и тетради (книги) учета площадей с проведенными мерами содействия естественному возобновлению.
Кроме вырубок, содействие естественному возобновлению может производиться под пологом леса. Минерализацию почвы для содействия естественному лесовозобновлению проводят в древостоях с сомкнутостью крон не более 0,6 и в тех местах, где нет подроста. В еловых древостоях минерализация почвы осуществляется за 7‑10 лет до рубки, а в сосновых ‑ за 3‑5 лет. В чистых хвойных древостоях почву минерализуют в конце лета и осенью, в смешанных древостоях с участием лиственных пород в составе более 0,1 ‑ поздней осенью после опадения листьев.
Древостои, в которых проведена минерализация почвы для содействия возобновлению, подлежат рубке в зимний период.
Минерализацию почвы не проводят на вырубках с относительно плодородными, а также мокрыми почвами.
Размер обработанной площади под пологом леса должен составлять не менее 15‑20% площади участка, на вырубках ‑ 30%.
Способы и технические средства для удаления напочвенного покрова выбираются в зависимости от типов древостоя, условий их произрастания, степени задернения, типа почвы, ее влажности и плотности и т.д.
На вырубках с сухими и свежими песчаными, супесчаными почвами в группах типов леса сосняки лишайниковые, вересковые и брусничные минерализация почвы для содействия естественному возобновлению сосны осуществляется полосами шириной 20‑30 см на глубину 5‑7 см. На незадернелых 1‑3-летних вырубках со свежими и влажными супесчаными и легкосуглинистыми почвами в группах типов леса сосняки и ельники сложные и черничные минерализацию почвы производят полосами шириной не менее 1 м на глубину 7‑9 см. На вырубках с суглинистыми и тяжело-суглинистыми сырыми и влажными почвами в типах леса сосняки долгомошные и ельники чернично-мелкотравные и приручьевые минерализацию почвы на вырубках производят путем напашки пластов мощностью 10‑20 см. Расстояние между минерализованными полосами или пластами должно составлять 2‑5 м.
Для минерализации почвы на вырубках и под пологом леса применяются специальные покровосдиратели ‑ сеялки, культиваторы и плуги.
На свежих вырубках в кисличных и близких к ним типах леса рекомендуется неглубокое рыхление с удалением напочвенного слоя и подстилки до поверхности гумусного горизонта, выполняемое с помощью лесных плугов ПКЛ-70, ПЛП-135, ПЛ-1 и др. При обработке плугами ПКЛ-70, образующими ширину минерализованной полосы 1,4 м, борозды прокладывают через 2‑4 м, а при обработке плугами ПЛП-135, создающими минерализованную полосу шириной 2,7 м - через 5‑6 м. На площадках с влажными и сырыми почвами (с избыточным увлажнением) минерализацию почвы совмещают с осушительными мероприятиями, прокладывая через 10‑30 м сеть борозд. Для этого используют плуги-канавокопатели ПКЛН-500, канавокопатели ЛКА-2М и ЛКН-600 и даже экскаваторы ТЭ-3М, Э-304В, Э-5015 и др. Данную технику рекомендуется использовать на долгомощных, сфагновых, таволговых, ланцетовейниковых и др. типах вырубок с переувлажненными почвами.
Указанные плуги в большинстве случаев используют по своему основному назначению - для подготовки почвы на вырубках и под пологом леса, при искусственном лесовосстановлении и на мелиоративных работах. Более подробно о них будет сказано далее. Чаще, при минерализации почвы с целью содействования естественному возобновлению, используют различного вида покровосдиратели, рыхлители, культиваторы и фрезы. Данные орудия производят рыхление с одновременным перемешиванием подстилки и верхнего минерального горизонта полосами шириной 0,5‑2,0 м на глубину 5‑10 см. Расстояние между разрыхленными полосами в зависимости от успешности естественного возобновления составляет на вырубках 2‑4 м, а под пологом леса - 3‑6 м. Расстояние между разрыхленными полосами b также можно рассчитать, используя формулу:
где B – ширина захвата агрегата;
k м – коэффициент минерализации, принимаемый для обеспечения получения достаточного количества подроста основных пород (10‑20 тыс. шт. на 1 га) равным k м =0,25‑0,30 площади с неудовлетворительным естественным возобновлением;
k ро – коэффициент, учитывающий степень минерализации в обрабатываемой полосе в зависимости от типа рабочих органов орудий и принимаемый равным: 1,0 – для плужных корпусов; 0,5‑0,6 – для машин с дисковыми рабочими органами при односледном проходе и соответственно 0,7‑0,8 и 0,9‑1,0 – при двух- и трехследной обработке;
k дв – коэффициент, учитывающий характер движения орудия, принимаемый при полосной обработке равным 1,0, а при перекрестной 1,85.
Якорный покровосдиратель ЯП-1 (рис. 2.1) предназначен для подготовки почвы на нераскорчеванных вырубках и под пологом леса путем сдирания растительного покрова до поверхности гумусного горизонта. Он представляет собой две безразмерные секции якорного типа, соединенные цепью. Первая секция более легкая и имеет форму неправильной шестигранной пирамиды, к основанию которой приварены рабочие органы в виде лап. Вторая секция более тяжелая и имеет продолговатую челнокообразную форму, посредине основания которой приварены рыхлительные лапы. При работе якорного покровосдирателя лапы передней секции сдирают напочвенный покров, а лапы задней секции рыхлят минеральный грунт на глубину 4‑5 см. Агрегатируется ЯП-1 с тракторами ТДТ-55, Онежец-300, ТЛТ-100, ТДТ-44 или ЛХТ-55, к которым он присоединяется цепью.
Рис. 2.1. Якорный покровосдиратель
На нераскорчеванных вырубках с числом пней до 800 шт. на 1 га, захламленных порубочными остатками, валежником, камнями, а также на пустырях и гарях используют покровосдиратели-рыхлители (рис. 2.2) РЛ-1,8 и ПЛ-1,2, агрегатируемые с тракторами Онежец-300, ТЛТ-100, ТДТ-55, ЛХТ-55, Т-100М и др. Они предназначены для сдирания лесной подстилки и мохового покрова с одновременным рыхлением почвы полосами с целью содействия естественному возобновлению. Рыхлитель РЛ-1,8 состоит из рамы с консолями и прицепом, вала с двусторонним кронштейном, рабочих органов в виде зубьев, двух колес с упорами, стопорного и блокирующего механизмов. В задней части рамы установлена ось с кронштейнами, в которые вставляются долотообразные зубья. На концах оси закреплены колеса с упорами и полукруглыми пазами. При транспортировке орудия на дальние расстояния в пазы вставляют заглушки, которые придают колесам нормальную круглую форму. При движении агрегата зубья заглубляются в почву и рыхлят ее. При встрече с непреодолимым препятствием или при забивании зубьев валежником стопорный механизм освобождает колеса, и они начинают поворачивать ось с зубьями на 180°, после чего второй ряд зубьев занимает рабочее положение, а стопорный механизм снова стопорит колеса. Таким образом, зубья рыхлителя как бы «перешагивают» через препятствия. Аналогичное устройство и принцип работы имеет покровосдиратель лесной ПЛ-1,2.
Рис. 2.2. Лесной покровосдиратель
Широкое распространение для минерализации почвы на вырубках получили дисковые орудия: рыхлитель лесной РЛД-2, дисковый культиватор ДЛКН-6/8, покровосдиратель дисковый ПДН-1, культиватор бороздной КЛБ-1,7 (основное назначение - уход за культурами, посаженными в дно борозд). Устройство и принцип воздействия рабочих органов на почву у них во многом схож. В дисковых орудиях применяются сферические цельнокройные или с вырезными краями (чаще) диски, установленные под углом атаки до 45°. Диски составляют в батареи, насаживая их на квадратную ось и устанавливая между ними подшипниковые катушки, обеспечивающие кроме строго выдержанного расстояния между дисками, вращение в подшипниках (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Дисковый покровосдиратель
У рыхлителя РЛД-2 (рис. 2.4) батарея состоит из двух дисков. Батареи располагают по следам гусениц трактора, что предохраняет дисковые батареи от ударов, т.к. тракторист выбирает направление движения, исключающее наезды гусениц на пни. Кроме того, предохраняет батареи от поломок применение подпружиненных стоек, позволяющих дискам отклоняться при встрече с пнями или корнями. Предохранительные пружины имеют такие орудия, как ПДН-1 и КЛБ-1,7. У последних орудий предусмотрена регулировка угла атаки дисков за счет поворотных устройств, состоящих из подвижных и неподвижных плит, фиксируемых болтами в регулировочных отверстиях. У этих орудий также предусмотрена регулировка глубины хода до 10‑12 см за счет использования балластных ящиков.
В покровосдирателе ПДН-1 сферические диски устанавливаются на балансирах и располагаются по схеме «елочка», при этом передние и задние диски перекрывают друг друга в поперечной плоскости. Балансирная подвеска позволяет дискам копировать микрорельеф и обеспечивает высокую степень минерализации почвы. В средней части рамы орудия перед дисками шарнирно установлена подпружиненная рыхлительная лапа, которая отклоняется при встрече с препятствием. С помощью балластного ящика, закрепленного на задней части рамы, производится регулировка глубины обработки до 12 см.
Рис. 2.4. Рыхлитель лесной дисковый РЛД-2:
1 – диск батареи; 2 – стойка; 3 – предохранительная пружина; 4 – рама; 5 – навеска; 6 – высевной барабан; 7 – вал; 8 – фрикционный привод; 9 – пружина
При полосной обработке почвы участки, отводимые под содействие естественному лесовосстановлению посредством минерализации почвы, разбиваются на гоны. Целесообразно длину гона принимать не менее 200 м, а ширину - не менее 100 м. При меньших размерах участков значительная часть времени тратится на холостые переезды в конце гонов.
В багульниковых и сфагновых сосняках для фрезерования торфа с одновременной прикаткой для капиллярного поднятия влаги используют болотные фрезы ФБН-0,9 и ФБН-1,5. На свежих и слаборазвитых вырубках с числом пней до 600 шт./га при содействии естественному возобновлению используют лесную фрезу ФЛУ-0,8 (рис. 2.5). Устройство указанных фрез схожее, при этом фреза ФЛУ-0,8 унифицирована с фрезой ФБН-1,5. Основными узлами фрезы являются: рама с навесным устройством, карданная передача, конический и цилиндрический редукторы, фрезерный барабан, грабельная решетка, механизм регулировки глубины обработки и защитный кожух.
Рис. 2.5. Схема фрезы ФЛУ-0,8:
1 – навесное устройство; 2 – защитный кожух; 3, 4 – конический и цепной редукторы; 5 – регулировочные отверстия механизма заглубления; 6 – грабли; 7 – фрезерный барабан; 8 – ограничительный полоз; 9 – шарнир ограничительного полоза; 10 – рама; 11 – карданная передача
Рабочим органом фрезы является фрезерный барабан. Он содержит ведущие и ведомые диски, которые взаимодействуют между собой через фрикционные прокладки. К каждому ведомому диску крепится восемь Г-образных ножей: четыре правых и четыре левых. Ведомые диски с ножами сидят на валу свободно, а ведущие диски с фрикционными накладками установлены на валу на шлицах. Ведомые и ведущие диски прижимаются рабочими поверхностями друг к другу с помощью пружин. Передача вращения ведомым дискам при помощи фрикционов позволяет им проскальзывать на валу барабана при встрече с непреодолимыми препятствиями в виде пней, камней, крупных корней, порубочных остатков и т.д., и тем самым обеспечивать предохранение ножей от поломок. Момент срабатывания фрикционов регулируют сжатием пружин посредством двух регулировочных гаек, расположенных по бокам фрезерного барабана. Глубина обработки фрез ФБН-0,9 и ФБН-1,5 составляет до 20 см, а фрезы ФЛУ-0,8 - до 16 см.
При движении трактора с включенным валом отбора мощности фрезерный барабан вращается, и его Г-образные ножи измельчают почву и корни диаметром до 4 см, отбрасывая измельченную массу на грабельную решетку, которая дополнительно дробит крупные фракции дернины. Растительные остатки и крупные фракции задерживаются решеткой и остаются в нижней части обработанного слоя почвы, а мелкие фракции проходят сквозь решетку граблей и засыпают обработанный слой сверху. За один час работы фреза может проходить до 3 км.
Следует отметить, что содействие естественному возобновлению может быть успешным тогда, когда будет обработано 15‑25 % площади вырубки. Поскольку минерализация почвы - процесс трудоемкий, к нему следует прибегать при достаточном количестве налета семян от семенников или стены леса. При наличии обсеменителей с урожаем не ниже среднего почва должна обрабатываться на расстоянии не более чем в 100 м. В лиственных насаждениях почву обрабатывают после опадения листвы. Назначая обработку почвы орудиями для содействия естественному возобновлению, следует учитывать процент минерализации, полученный при заготовке древесины (сдирание подстилки машинами и перемещающимися деревьями и хлыстами). После появления самосева на минерализованных полосах необходимо систематически проводить за ним уход. С учетом этого может оказаться, что затраты на содействие естественному возобновлению могут приближаться к стоимости создания лесных культур. В этом случае возможно целесообразнее при отсутствии дефицита трудовых ресурсов перейти на искусственное возобновление леса.
Известно, что даже большое количество семян, опавших на поверхность подстилки, часто не может обеспечить возобновления под пологом и на вырубках. Вместе с тем давно замечено, что перемешивание подстилки с нижележащими горизонтами почвы или простое обнажение минерального слоя приводит к хорошему прорастанию семян, закреплению всходов и превращению их в подрост. Это явление положено в основу очень распространенного способа планируемого содействия возобновлению леса, называемого минерализацией почвы. Минерализацию, как под пологом леса, так и на вырубках, где есть источники обсеменения, проводят в урожайные годы.
При сухих песчаных почвах на вырубках бывает достаточным удаление подстилки мелкими площадками или полосами 20-25 см ширины. Здесь живой покров разрастается медленно и не может быстро заселить минерализованную полосу. На свежих суглинистых и супесчаных почвах приходится делать полосу шириной до 1 м или площадки по 1 м2. На влажных почвах полезно создавать микро повышения. Если почва мокрая или очень плодородная, то минерализация, как правило, положительных результатов не дает.
Если названные мероприятия проводят под пологом леса (при сомкнутости ниже 0,6 это полезно делать), то в еловых лесах это нужно делать за 7-10 лет до рубки, а в сосновых за 3-5 лет. Обработанная площадь на вырубках должна составлять 30%, а под пологом 15-20%. Подготовка почвы под пологом древостоя представляет собой дополнительную возможность получить естественное предварительное возобновление леса.
В связи с отводом лесосек за 2-3 года до рубки в технологической карте лесоэксплуатации предусматривают мероприятия по содействию естественному возобновлению под пологом еловых, пихтовых, буковых, дубовых и других древостоев: в дубовых, сосновых, лиственничных и других смешанных насаждениях рыхление почвы за 1-3 года до рубки, в елово-пихтовых типах леса за 5-б лет, в буковых за 4-5 лет.
Обработку почвы ведут со второй половины лета, а в смешанном лесу с участием лиственных осенью, после полного опадения листвы. Под пологом соснового леса допускается обработка почвы ранней весной, до окончания массового вылета семян из шишек. Главной задачей, которая предусматривается при обработке почвы, является минерализация поверхности почвы, особенно там, где она покрыта травянистой и моховой растительностью или густым слоем мертвого покрова. В условиях сырых, избыточно увлажненных почв создают микроповышения. При наличии в составе высокопроизводительных сосновых и еловых древостоев примеси осины подготовку почвы проводят после предварительного кольцевания осины или ее отравления химикатами. Кольцевание практикуют за 5-6 лет до рубки леса.
Минерализацию почвы можно делать механическим, огневым и химическим способами. Так, на свежих луговиковых и вейниковых вырубках покровосдирателями удаляют напочвенный покров и подстилку. Рыхлению подлежат пасечные и магистральные волоки, а также места сожжения порубочных остатков. Высокая всхожесть семян на кострищах наблюдалась в тех случаях, когда слой недогоревшей подстилки достигал 0,5-2 см, а при более толстой подстилке или при полном ее сгорании всхожесть семян уменьшалась.
В условиях зеленомошных вырубок минерализация почвы огнем приносит благоприятные результаты особенно там, где моховой слой плотен. Минерализованные полосы создают покровосдирателями, дисковыми культиваторами, бульдозерами, рыхлителями и другими механизмами. Общая площадь обработанной почвы должна быть равна 20-30% с учетом повреждений почвенного покрова во время лесозаготовок.
На вырубках с сильноподзолистыми суглинистыми влажными и сырыми почвами создают микроповышения в виде гребней, валов при помощи двухотвальных лесных и болотно-кустарниковых плугов. В целях содействия естественному возобновлению на вырубках хвойных пород целесообразно готовить почву в конце лета, осенью или ранней весной.
Долгомошниковые и сфагновые вырубки перед началом распространения семян обрабатывают при помощи химических веществ. Во второй половине лета химикатами удобряют микроповышения по 500-600 мест на 1 га площадками по 1 м2 с расходом хлората магния по 15-20 кг/га и 2,4-Д по 0,7-0,8 г на 1 м2.
Вейник и луговик, а также другие злаковые растения обрабатывают весной, а в северной подзоне тайги во второй половине лета площадками размером по 2-3 м2 по 500-600 мест на 1 га при расходе сульфата аммония по 100 кг/га.
Вырубки, заросшие менее ценными лиственными породами, опрыскивают эмульсиями бутилового эфира 2,4-Д в дозировке 0,3-0,4 кг на 1000 м2 для осины и 0,1-0,2 кг для березы, ольхи и лещины. Используется также натриевая соль 2,4-Д в дозировке 0,3-0,4 кг на 1000 м2. Обработку ведут гнездами величиной 4-5 м2 (1000-1500 гнезд на 1 га) или полосами различной ширины. Опрыскивание корневых отпрысков осины или поросли березы и других пород проводят в первой половине лета, когда у растений еще формируется верхушечная почка.
Наибольшие трудности в лесовосстановлении встречаются на вырубках, покрытых таволгой, вейником и луговиком. Затем по трудности возобновления следуют долгомошные и сфагновые вырубки. Своевременная подготовка почвы на вырубках, до разрастания травянистой растительности, облегчает процесс лесовосстановления. В тех случаях, когда меры содействия естественному возобновлению не дают положительных результатов, производят посев и посадку леса.
В дубовых древостоях на свежих и влажных почвах при полноте верхнего полога 0,4-0,6 почву обрабатывают после опадения желудей, одновременно заделывая их в почву. При сильном задернении почвы травяной покров снимают полосами шириной 0,8-1 м, либо площадками 1×2 или 2×2 м.
В лесостепной зоне в сухих дубравах почву рыхлят на глубину до 15 см. На возвышенных местах создают микропонижения путем снятия дернины или возделывания минерализованных площадок. Очень часто за 1-3 года до рубки в дубравах делают «шпиговку» желудей. Густой подлесок разреживают на 40-60 %.
В буковых древостоях перед опадением семян рыхлят подстилку и поверхностный слой почвы на глубину 1-2 см. На пологих склонах почву обрабатывают только по горизонталям, а на крутых - площадками в количестве 400-600 шт/га.
Огораживание вырубок от потрав скотом возможно на небольших площадях. Особенно нуждаются в огораживании вырубки в поймах рек, вблизи пастбищ при порослевом возобновлении, так как оно чувствительнее к повреждению скотом. На всех участках с проведенными мерами содействия запрещаются пастьба скота, сенокошение и сбор подстилки.
В перспективе следует иметь в виду содействие возобновлению леса путем его удобрения. Из прочих мероприятий, способствующих возобновлению вырубок, можно назвать временное сельскохозяйственное пользование.
Насаждения, возникшие в результате содействия (в том числе и из сохраненного подроста), учитывают в специальной книге и переводят в лесопокрытую площадь как естественные молодняки.
Минеральная часть почвы возникла в результате выветривания горных пород и минералов верхних слоев литосферы и их превращений в процессе почвообразования. Это подтверждается сходством химического состава литосферы и почв. Под совокупным влиянием на минеральную природу физических и химических факторов, в особенности живых организмов (растений и микроорганизмов), произошли глубокие изменения, которые и привели к образованию на поверхности земной коры почвенного покрова.
Таким образом, «строителями» почвы являются растения и микроорганизмы, а также микро- и макрофауна, обитающая в почве, строительным же материалом - горные (материнские) породы и окружающая их атмосфера и гидросфера, а энергетическим источником почвообразования - солнечная энергия.
Почвы наследуют геохимические особенности почвообразующих пород. Например, богатство породы окисью кремния определяет и повышенное содержание его в почве, а избыток глинистых минералов отражается на преобладании их в генетических горизонтах почвы. На карбонатных породах развиваются почвы, обогащенные щелочно-земельными элементами, а на засоленных породах формируются засоленные почвы и т.д. Однако решающую роль в почвообразовании играет биологический фактор.
Под влиянием живых организмов в почве по сравнению с земной корой количество углерода увеличилось в 20 раз, а азота - в 10 раз. Это свидетельствует о том, что растения способствуют накоплению биологически важных элементов в почве. Почвообразование в естественных условиях протекает довольно медленно. С помощью удобрений и правильной агротехники интенсивность почвенных процессов можно значительно ускорить. Например, при применении удобрений усиливается жизнедеятельность не только растений, но и почвенной микрофлоры, что резко ускоряет процессы
накопления органических веществ и биологически важных элементов, т.е. повышается плодородие почвы.
б о
с/Ч “ Ф “ [ЗД]6"
Рис. 3.1. Группы соединений тетраэдров 8Ю4
В преобладающей части почв минеральную основу ее твердой фазы составляют кремнекислородные соединения. Самый распространенный минерал в почве - кварц (окись кремния). Алюминий и железо большей частью входят в состав алюмосиликатных и ферро- силикатных минералов. Атомы кремния в соединении с кислородом образуют прочносвязанные группы 8104, в которых кремний окружен в тетраэдрической координации четырьмя атомами кислорода. Так как кремний четырехвалентен, а кислород двухвалентен, то тетраэдр 8Ю4 имеет ненасыщенные валентности кислорода, его можно рассматривать как четырехзарядный анион. Весьма существенна способность тетраэдров 8Ю4 соединяться между собой с образованием групп из определенного числа атомов кремния и кислорода (рис. 3.1).
В структуре минералов тонкодисперсных фракций почв кремнекислородные тетраэдры соединены в слои, цепочки или изолированные группы тетраэдров 8Ю4, представляющие собой сложные анионные комплексы, так как у атома кислорода, не участвующего в соединении между собой двух 8Ю4-тетраэдров, остается свободная валентность или один отрицательный заряд. В
сложных сочетаниях из кремнекислородных тетраэдров часть атомов кремния может быть замещена атомами алюминия, что повышает ненасыщенность анионного радикала.
В кристаллической решетке кварца тетраэдр 8104 соединен через общие атомы кислорода с четырьмя другими тетраэдрами 8104 по схеме
Общая формула такого соединения (8Ю2)и. У полевых шпатов часть атомов кремния в подобной структуре замещается на алюминий, вследствие чего у такого кремнеалюмокислородного каркаса возникает отрицательный заряд, который компенсируется соответствующим количеством катионов натрия, кальция и других, располагающихся внутри каркаса, в «полостях» решетки. Например, полевой шпат альбит, имеющий общую формулу Ыа^АЮв], построен из связанных между собой кремнекислородных и алюмо- кислородных тетраэдров, причем на каждые три атома кремния приходится один атом алюминия и один ион натрия, нейтрализующий отрицательный заряд каркаса.
Алюминий в тетраэдрической координации с ионами кислорода или гидроксила образует октаэдрические группы, в которых ион алюминия окружен шестью ионами кислорода или гидроксила. Общая формула такого соединения (слоя) [А1(0Н)3]л соответствует составу минерала гиббсита (гидраргиллита), встречающегося в почве. Структуру подобных минералов можно записать следующим образом:
...[(ОН)зА12(ОН)з] л...[(ОН)зА12(ОН)з] ¦ и...[(ОН)3А12(ОН)3] л.
Формула показывает химический состав слоя (пакета), а точки - межпакетные промежутки.
В почвах встречаются первичные и вторичные минералы. К первичным относятся минералы, перешедшие из земной коры в почву в неизмененном или почти неизмененном виде. К ним можно отнести минералы почвенного скелета: кварц и его разновидности, полевые шпаты, в том числе плагиоклазы, слюды, роговые обманки, авгит, турмалин, магнетит, кальцит, доломит и др. Первичные минералы входят в состав материнских почвообразующих пород, возникших в результате выветривания и разрушения горных пород, из которых
слагается оболочка земной коры. В почвах эти минералы присутствуют в основном в виде частиц песчаной размерности (от
- 05 до 1,0 мм) и пылеватых частиц (от 0,001 до 0,05 мм). В незначительном количестве некоторые из них присутствуют в виде илистых (lt;0,001 мм) и коллоидных (lt;0,25 мкм) частиц.
В основе кристаллической решетки алюмосиликатных минералов мелкодисперсной фракции почв лежат сочетания из кремнекислородных тетраэдрических и алюмогидроксильных октаэдрических слоев.
У каолинита кристаллическая решетка образована пакетами из двух слоев, связанных между собой общими атомами кислорода: тетраэдрического кремнекислородного и октаэдрического алюмо- гидроксильного по типу
... п... ¦ п.
У монтмориллонита, гидрослюд пакет кристаллической решетки образован одним алюмогидроксильным слоем и двумя присоединенными к нему кремнекислородными по типу
... п... п...
У минералов каолинитовой группы связь между пакетами прочнее, межпакетные пространства небольшие. Взаимодействие микрокристаллических частиц с раствором в этом случае происходит только на внешней поверхности.
У минералов монтмориллонитовой группы межпакетные пространства больше, связь между пакетами непрочная, при увлажнении вода входит в межпакетные пространства. Поэтому в обмене на катионы почвенного раствора принимают участие катионы, расположенные как на поверхности частиц, так и находящиеся в межпакетных промежутках. Этим объясняется более высокая обменная поглотительная способность минералов монтмориллонитовой группы, а также наличие у них необменного поглощения катионов.
Почвенные глинистые минералы разделяются на четыре группы: монтмориллонитовые (монтмориллонит, бейделлит, нонтро- нит и др.), каолинитовые (каолинит и галлуазит), гидрослюды и минералы полуторных окислов (гематит, бемит, гидраргиллит, гётит и др.). Из вторичных минералов наивысшей поглотительной способностью обладают монтмориллонитовые, наименьшей - каолинит. Например, емкость поглощения каолинита в 8-15 раз меньше емкости поглощения монтмориллонита. Эта особенность минералов имеет существенное значение в поглощении удобрений и ее следует учитывать при их применении. Вторичные алюмосиликатные минералы в почве находятся в виде кристаллов, имеют высокую дисперсность, обладают большой поглотительной способностью.
В состав минеральной части почвы входят и аморфные вещества. Это гидраты окислов алюминия А120з*лН20 и железа Ре20з*лН20, а также гидраты кремнезема 8Ю2*иН20. Они могут кристаллизоваться. Минералы окислов и гидроксилов алюминия и железа встречаются в значительных количествах в красноземах и желтоземах.
По химическому составу минералы подразделяются на силикаты и алюмосиликаты. Из силикатов наиболее распространен кварц. Обычно в почвах его содержится более 60%, а в песчаных - выше 90%. Это химически инертный, стойкий и прочный минерал.
Алюмосиликаты представлены первичными и вторичными минералами. Из первичных больше всего полевых шпатов: калиевых (ортоклаз КА^зОв) и натриево-кальциевых (плагиоклазы). Слюд в почве меньше по сравнению с полевыми шпатами. Они содержат калий. Мусковит содержит много алюминия, а биотит - это железисто-магнезиальная слюда. Полевые шпаты и слюды постепенно разрушаются, освобождая калий, кальций, магний, железо и другие питательные элементы для растений.
Вторичные алюмосиликаты по химической природе относятся к гидроалюмосиликатам и подразделяются на три группы.
- Монтмориллониты (монтмориллонит - А128140ю(0Н)2 ^Н20, бейделлит - А1381з09(0Н)з‘лН20 и др.). Эта группа глин характеризуется высокой дисперсностью, набухаемостью, липкостью и вязкостью.
- Каолиниты (каолинит - А1281205(0Н)4 и галлуазит А1281205(0Н)4-2Н20). Эта группа глин менее дисперсна, обладает небольшой набухаемостью и липкостью. В дерново-подзолистых почвах и черноземах, сформированных на покровных суглинках, в составе высокодисперсных минералов преобладают монтмориллонит и гидрослюды. В красноземах, желтоземах и дерново-подзолистых почвах, образовавшихся на продуктах древнего гумидного выветривания гранита, в значительных количествах содержатся минералы каолинитовой группы.
- Гидрослюды (гидромусковит, гидробиотит, вермикулит) образуются из слюд, имеют непостоянный химический состав, по физическим свойствам занимают среднее положение между монтмориллонитом и каолинитом. Слюды определяют агрохимические и физические свойства почвы. Они являются источником калийного питания растений. Энергия поглощения калия коллоидами велика, вследствие чего в поглощающем комплексе многих почв его содержится 0,5-10 ммоль/100 г почвы. В некоторых почвах имеется недостаток калия, например в красноземах, латеритах, что объясняется малым содержанием в них слюд и гидрослюд и богатством почв минералами каолинитовой группы, которая почти не содержит калия.
В почве кроме макроэлементов содержится некоторое количество микроэлементов: одних (йод, бор) больше, чем в литосфере, других (медь, кобальт) меньше, а некоторых примерно столько же (табл. 3.1). Основным источником микроэлементов в почве служат почвообразующие горные породы. Например, почвы, образовавшиеся на продуктах выветривания кислых пород (граниты, липариты, граниты-порфиры и др.), бедны никелем, кобальтом, медью, а почвы, образовавшиеся на продуктах выветривания основных пород (базальтах, габбро и др.), наоборот, обогащены этими элементами. Некоторые микроэлементы (I, В, Б, Бе, Аз) могут поступать в почву с газами из атмосферы, от вулканических извержений и с метеоритными осадками, причем для таких микроэлементов, как йод, фтор, эти источники являются основными.
3.1. Содержание микроэлементов в почве (А) и литосфере (Б), масс. %
| Элемент | А | В | Элемент | А | В |
| Мп | 8,5 ¦ 10"2 | 9 10"2 | Си | 2 10"3 | 1 10"2 |
| И | 2 10"2 | 2,7 10’2 | Ъп | 5 10"3 | 5 10"3 |
| \?а | 1 10"2 | 1,5 10"2 | Со | О ОО | 3 1(Г3 |
| В | 1 10"3 | 3 КГ4 | Мо | 3 кг4 | 3 10" |
| N1 | 4 10"3 | ОО О | I | 5 10-4 | 3 10‘5 |
Разные по гранулометрическому составу фракции минеральной части почвы резко различаются по содержанию различных минералов. В песке и крупной пыли преобладают кварц и полевые шпаты. А мелкодисперсные (lt;0,001 мм) илистая и коллоидная фракции состоят главным образом из вторичных алюмосиликатных минералов. В связи с этим различные механические фракции почвы существенно различаются по химическому составу.
В песчаных и пылеватых почвах кремния больше. С уменьшением размера частиц его содержание снижается, а количество алюминия, железа, калия, магния и фосфора возрастает (табл. 3.2). Высокодисперсная часть почвы содержит и гумус-показатель ее потенциального плодородия. Поэтому илистая и коллоидная фракции представляют наибольшую ценность для питания растений. Эти фракции обусловливают и поглотительную способность почвы. В них наиболее активно протекают процессы физической и физикохимической адсорбции.
3.2. Примерный химический состав разных механических фракций почвы,
масс. %
| Фракции, мм | 81 | А1 | Ре | Са | | К | Р |
| 1,0-0,2 | 43,4 | 0,8 | 0,8 | 0,3 | 0,3 | 0,7 | 0,02 |
| 0,2-0,04 | 43,8 | 1,1 | 0,8 | 0,4 | 0,1 | 1,2 | 0,04 |
| 0,04-0,01 | 41,6 | 2,7 | 1,0 | 0,6 | 0,2 | 1,9 | 0,09 |
| 0,01-0,002 | 34,6 | 7,0 | 3,6 | 1,1 | 0,2 | 3,5 | - |
| lt; 0,002 | 24,8 | 11,6 | 9,2 | 1,1 | 0,6 | 4,1 | 0,18 |
Почвы разного гранулометрического состава существенно различаются по физическим, физико-химическим и химическим свойствам. Неодинаков у них и минералогический состав.
Песчаные и супесчаные почвы состоят из кварца и полевых шпатов, суглинистые - из смеси первичных и вторичных минералов, а глинистые - преимущественно из вторичных глинистых минералов с примесью кварца.
Содержание основных зольных питательных веществ - кальция, калия, магния, железа и др. - также определяется степенью дисперсности почв, так как они содержатся в минеральной части почвы, фосфор и сера находятся как в минеральной, так и в органической части, а количество азота определяется уровнем гумусированности почв. Следовательно, почвы разного гранулометрического состава существенно различаются и по содержанию в них питательных элементов. Более тяжелые глинистые и суглинистые почвы богаче элементами питания, чем песчаные и супесчаные.
